Машины непрерывного литья заготовок. Теория и расчет

Удельный вес  термосопротивления стенки кристаллизатора в указанном выше диапазоне скоростей литья — 10—19%, а в нижней части кристаллизато­ра — 4—8% от суммарного, соответственно. Уменьшение полезной толщины стенки кристаллизатора при разливке крупных слябов ведет к росту толщины корки на выходе из кристаллизатора с темпом 0,16 мм прироста корки на 1 мм уменьшения полезной толщины стенки кристаллизатора во всем рассматрива­емом диапазоне скоростей литья (рис. 2.11 на цветной вкладке). Рост корки происходит дифференцированно с максимальным темпом на расстоянии до 0,2 м от мениска. При разливке крупных слябов в скоростном диапазоне 1—2 м/мин прирост толщины корки на выходе составит 10—20%. При более высоких ско­ростях, характерных для разливки тонких слябов, роль толщины стенки уси­ливается до 25—35% прироста толщины корки. Аналогичные, но более слабые зависимости характерны для температуры поверхности корки заготовки, от­клонения которой от базового варианта в сторону снижения значений при уменьшении толщины стенки составляют 10—17% в менисковой зоне и 3—5% на выходе их кристаллизатора (рис. 2.12 на цветной вкладке). Большая часть прироста толщины корки за счет уменьшения толщины стенки кристаллиза­тора происходит на первой половине высоты кристаллизатора, где вероятность прорывов более высока. Таким образом, существует дилемма: возможность интенсификации роста корки за счет применения более тонких стенок крис­таллизатора или обеспечение высокого ресурса стенок за счет применения более толстых стенок и увеличения количества их перестрожек. В первом слу­чае необходимо износостойкое покрытие, во втором — альтернативой может быть многократная перестрожка стенок. На большинстве российских метком-бинатов широко применяется способ восстановления рабочих поверхностей стенок перестрожкой без нанесения износостойкого покрытия. Это не означа­ет, что его не следует применять, однако каждый заказчик к критерию «цена-качество» подходит, исходя из своих возможностей. Следует признать, что для крупнослябовых МНЛЗ, работающих в диапазоне скоростей до 1,6—2 м/мин, применение стенок с полезной толщиной до 30 мм оправдано. Аналогичные значения полезной толщины стенок характерны и для иностранных фирм. Для тонкослябовьгх МНЛЗ следует стремиться к минимальной толщине стенки кристаллизатора, т. к. при высоких скоростях литья актуальна борьба за каж­дый миллиметр толщины корки, при этом износостойкое покрытие — един­ственный шанс повысить ресурс стенок. Влияние скорости воды в каналах охлаждения

Влияние скорости воды в каналах на толщину корки весьма ограниченно «0,1 мм прироста толщины корки при увеличении скорости воды в каналах на

1 м/с (см. рис. 2.11 на цветной вкладке). Это связано с тем обстоятельством, что доля термосопротивления конвективной теплоотдачи на поверхности ка­нала охлаждения в диапазоне скоростей 1—5 м/мин составляет 5—10% в ме­нисковой зоне и 2—4% в нижней части кристаллизатора от суммарного, соот­ветственно, при этом 75—60% составляет термосопротивление  шлака.

Значения температуры поверхности корки уменьшаются на 3% в мениско­вой зоне и на -1% на выходе из кристаллизатора при увеличении скорости воды до 12 м/с по сравнению с базовым вариантом. При высоких скоростях этот эффект, особенно в сочетании с уменьшением толщины стенки кристал­лизатора позволит дополнительно снизить температуру поверхности корки и повысить ее прочность. Для скоростного диапазона 1—2 м/мин эта мера мало­эффективна. Кроме увеличения расхода охлаждающей воды с ростом скорости воды сопряжены потери напора, пропорциональные квадрату скорости. Учи­тывая это обстоятельство, следует отметить, что повышенные расходы воды противопоказаны для петлевых схем охлаждения кристаллизаторов.

Влияние температуры воды

в каналах стенок кристаллизатора

Имеющие место сезонные колебания температуры воды, а также разница температур воды в стенках при петлевой схеме охлаждения при литье на круп-нослябовых МНЛЗ не оказывают существенного влияния на формирование корки заготовки и температуру ее поверхности практически независимо от толщины стенки кристаллизатора (рис. 2.13, 2.14 на цветной вкладке). Умень­шение температуры охлаждающей воды на 10°С ведет к росту толщины корки на выходе на 1 мм и снижению температуры поверхности корки на 10°С. При высоких скоростях влияние этой разницы в процентном отношении выглядит более существенным, однако в целом фактор температуры в реальном диапа­зоне ее значений в каналах охлаждения не играет существенной роли. При петлевой схеме, когда разница температур в каналах охлаждения стенок может отличаться на 10°С при разливке на крупнослябовых МНЛЗ со скоростью до

2 м/мин  разнотолщинность корки на 1 мм при толщине на выходе -20 мм не может каким-либо образом влиять на образование прорыва. Наилучшим сред­ством предотвращения прорывов являются измерительные комплексы типа «Термовизора» фирмы «ТЕХНОАП», которые позволяют правильно реагиро­вать на изменяющиеся условия теплообмена на рабочих поверхностях стенок кристаллизатора, носящие во многом случайный характер посредством замед­ления скорости литья в момент прорыва для залечивания образовавшихся трещин. Разумеется, важную роль играет качество шлакообразующей смеси и работа механизма качания кристаллизатора. При проектировании кристал­лизаторов главное внимание следует сосредоточить на выборе геометрических параметров и расходов воды, направленных на обеспечение таких тепловых ус­ловий работы стенок кристаллизаторов, при которых отсутствует кипение вбли­зи стенок каналов охлаждения и разупрочнение материала рабочих стенок.

2.2.   Гидравлический расчет кристаллизатора

Тепловая работа кристаллизатора во многом определяется гидравлически­ми процессами в системе охлаждения кристаллизатора. Потери напора, обус­ловленные гидравлическими сопротивлениями в системе охлаждения, равно как и неудачная схема охлаждения, могут привести к снижению давления, а следовательно — к снижению значения температуры насыщения (рис. 2.15), что способно, в свою очередь, привести к возникновению кипения в приме-нисковой зоне. Расходы воды в каналах охлаждения, а соответственно, скоро­сти воды и их разброс определяют интенсивность теплообмена на поверхности каналов о 2.3.   Петлевая и прямоточная схемы охлаждения. Цилиндрические и щелевые каналы охлаждения

В своих проектных разработках фирма в зависимости от скоростных режи­мов разливки, применяет петлевую (рис. 2.16) и прямоточную схемы охлажде­ния кристаллизатора (рис. 2.17). В петлевой схеме прямой запиткой снизу осу­ществляется охлаждение одной широкой и двух узких стенок кристаллизатора, а обратной запиткой сверху — второй широкой стенки. Такая схема позволяет обеспечить более высокие расход и скорость воды на обратной запитке, компенсирующие нагрев воды в начале петли. Подача воды сверху на обратной запитке обеспечивает одинаковое давление в менисковой зоне по всему пери­метру кристаллизатора.

В прямоточной схеме подвод воды осуществляется сверху в четыре стенки, при этом потребный расход воды практически удваивается.

Ниже приведены результаты сравнительного расчетного исследования гид­равлической работы стенок кристаллизатора для слитка сечением 170x1550 мм с цилиндрическими диаметрами 20 мм и фрезерованными прямоугольными каналами 6x20 мм для петлевой и прямоточной схем охлаждения для значений расходов, обеспечивающих уровень средних скоростей в каналах — 6—7 м/сек и 8—10 м/сек. Полезная толщина в обеих конструкциях стенок — 30 мм, рассто­яния между фрезерованными каналами в широких и узких стенках — 17 и 12 мм соответственно, между цилиндрическими каналами в широких и узких стенках — 20 мм. Для стенок с цилиндрическими каналами охлаждения при петлевой схеме значения расхода составили: 435 и 326 м'/час, для стенок с фрезерован­ными каналами — 270 и 202 м'/час. Для прямоточной схемы значения расхо­дов, соответственно, увеличены почти вдвое.

На рис. 2.18 и 2.19 на цветной вкладке показаны распределения скоростей воды по каналам различного конструктивного исполнения, на рис. 2.20—2.22 (см. цветную вкладку) — потери напора и распределение давлений.

Скорости течения воды в цилиндрических и щелевых каналах близки по значениям, а их максимальный разброс в пределах одной стенки составляет 3,6% для щелевых, 7,6% — для цилиндрических каналов, а между широки­ми стенками в начале и конце петли 19 и 24%, соответственно (табл. 2.4), охлаждения и в целом определяют значения коэффициентов теплоот­дачи на поверхностях каналов охлаждения (2.4)—(2.S).